周建偉，李 矛，遲 成，虞攀峰，王 飛，唐家廣

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院脊柱外科，北京 100730

經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下腰椎椎間盤切除術(shù)（PELD）已經(jīng)成為治療腰椎椎間盤突出癥（LDH）的首選方法［1-3］。腰椎椎間盤突出類型多樣化，術(shù)前須精確定位突出椎間盤的“靶點(diǎn)”位置，確定進(jìn)針點(diǎn)、深度和角度等相關(guān)參數(shù)，以便術(shù)中可按照術(shù)前設(shè)計(jì)快速準(zhǔn)確地穿刺和置入工作通道，這是靶向穿刺技術(shù)的核心，也是盡可能減少不必要?jiǎng)?chuàng)傷并發(fā)癥的基礎(chǔ)［4］。常規(guī)手術(shù)通道的建立，需要根據(jù)椎間盤突出的不同病理類型并結(jié)合臨床實(shí)踐確定，且術(shù)中需要C形臂X線機(jī)透視輔助，存在學(xué)習(xí)曲線陡峭、輻射量大、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高等問題［5-6］?；旌犀F(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)是近年發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，其將虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)相結(jié)合，操作者可從MR技術(shù)呈現(xiàn)的全息影像中獲取相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)虛擬和真實(shí)的交互［7-8］。目前，MR技術(shù)在復(fù)雜的腦外科手術(shù)、髖關(guān)節(jié)手術(shù)中已有應(yīng)用，并獲得良好的臨床療效［9-11］，但尚無(wú)其應(yīng)用于PELD的報(bào)道。本研究組在MR技術(shù)引導(dǎo)下，對(duì)1例LDH患者行PELD，取得了良好的臨床療效，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料和方法

1.1 病例資料

患者，女，37歲，2020年1月1日因“腰痛伴左下肢疼痛、麻木1年，加重3 d”入院。體格檢查：輪椅推入病房，左小腿后側(cè)和足底感覺減退，叩擊腰骶部疼痛加劇，并可誘發(fā)左側(cè)臀部及大小腿后側(cè)放射痛；雙下肢肌力5級(jí)，左下肢直腿抬高試驗(yàn)陽(yáng)性（30°），加強(qiáng)試驗(yàn)陽(yáng)性；腰痛視覺模擬量表（VAS）評(píng)分4分，左下肢痛VAS評(píng)分7分。既往無(wú)外傷、手術(shù)史。

1.2 術(shù)前三維模型重建

術(shù)前患者取俯臥位，完善腰椎正側(cè)位、過伸過屈位X線檢查及L1～ S3CT、MRI檢查（圖1）。將CT數(shù)據(jù)以dicom格式導(dǎo)入Materialise Mimics三維重構(gòu)軟件系統(tǒng)（21.0版，北京仁馨醫(yī)療科技有限公司），對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的骨骼、硬膜囊、椎間盤、神經(jīng)和皮膚等組織采用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，使用多個(gè)不同分割算法進(jìn)行可視化邊緣檢測(cè)、分割提取，測(cè)量、計(jì)算生成三維重建模型（圖2）。不同的軟組織采用圖像分割多閾值分割算法計(jì)算，通過在同一窗口顯示多幅分割效果圖、或?qū)⒍喾Ч麍D合并成一幅偽彩色圖像，利用像素值提取“感興趣部位”，比較不同閾值的效果，從而確定合適的閾值［12］。將通過三維精準(zhǔn)超渲染可視化技術(shù)得到的三維重建模型用特殊軟件與算法進(jìn)行定位、渲染、物理參數(shù)調(diào)整及模型功能設(shè)定，進(jìn)行高維態(tài)顯示處理，再把模型載入全息影像眼鏡中。術(shù)者觀察MR技術(shù)所呈現(xiàn)的全息影像，可立體、空間、直觀及多角度觀察，也可進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)及拖動(dòng)等有利于觀察的操作。臨床醫(yī)師與患者通過該技術(shù)可進(jìn)行多平面切換觀察，加深對(duì)二維影像平面結(jié)構(gòu)的空間理解，術(shù)前可標(biāo)記和模擬術(shù)中穿刺的安全路徑。

圖1 術(shù)前影像學(xué)資料

圖2 三維模型重建

1.3 手術(shù)方式及術(shù)后處理

手術(shù)采用局部麻醉，患者取俯臥位，胸部和髖部墊高，腹部懸空，常規(guī)消毒、鋪巾?；颊唧w位固定后，通過光學(xué)視覺系統(tǒng)把三維重建模型與患者脊柱進(jìn)行匹配，并賦予坐標(biāo)空間，形成MR的空間效果，然后在MR技術(shù)引導(dǎo)下行PELD（圖3）。術(shù)中依據(jù)定位將三維影像數(shù)據(jù)投射到L5/S1周圍，術(shù)者佩戴全息影像眼鏡（Hololens2，Microsoft公司），參考虛擬影像位置進(jìn)行穿刺。全息影像眼鏡具有4部光學(xué)攝像機(jī)和2部紅外攝像機(jī)，可以實(shí)時(shí)多方位采集影像，反饋給處理系統(tǒng)，處理器采用高通驍龍850計(jì)算平臺(tái)，能實(shí)時(shí)生成2K高清圖像，保證術(shù)者在虛擬模型和真實(shí)世界無(wú)縫對(duì)接。此外，全息影像眼鏡實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)追蹤、眼動(dòng)追蹤及語(yǔ)音控制，能自動(dòng)和術(shù)者手眼對(duì)接，術(shù)者適應(yīng)后可輕松操作，保證了術(shù)者意圖實(shí)施的準(zhǔn)確性。

本例術(shù)中將穿刺針尖和皮膚穿刺點(diǎn)相吻合，沿預(yù)設(shè)路徑穿刺。穿刺過程中，術(shù)者通過全息影像眼鏡將虛擬和現(xiàn)實(shí)合為一體，無(wú)需透視引導(dǎo)（圖3a ～ c）。穿刺至L5/S1椎板間隙黃韌帶表面后，C形臂X線機(jī)透視驗(yàn)證確保MR技術(shù)和真實(shí)場(chǎng)景模擬準(zhǔn)確，穿刺位置準(zhǔn)確（圖3d），之后在皮膚上做約1 cm長(zhǎng)的切口，軟組織擴(kuò)張后放入外工作套管連接內(nèi)窺鏡（直徑4.3 mm，Wolf，德國(guó)），全程內(nèi)窺鏡下直視操作，用槍鉗和咬斷鉗將黃韌帶切開3 ～ 5 mm，在椎管內(nèi)神經(jīng)外側(cè)隱窩方向用高速磨鉆將椎板間隙擴(kuò)大，槍鉗和咬斷鉗去除間隙內(nèi)的黃韌帶，找到突出的髓核組織并摘除，用射頻將纖維環(huán)成形，最后探查確認(rèn)患者神經(jīng)根活動(dòng)良好、無(wú)活動(dòng)性出血后，撤出工作管道和內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，縫合傷口。

術(shù)后患者平臥2 h，在軟腰圍保護(hù)下逐漸下床活動(dòng)，術(shù)后第2天出院，出院后口服非甾體類抗炎藥物3 d。術(shù)后2周門診隨訪，去除腰圍，同時(shí)指導(dǎo)患者開始行腰背部肌肉力量鍛煉。

圖3 MR技術(shù)引導(dǎo)下PELD

2 結(jié) 果

手術(shù)順利完成，手術(shù)時(shí)間約30 min，術(shù)中出血量≤10 mL。患者術(shù)后腰痛伴左下肢疼痛較術(shù)前明顯改善，術(shù)后腰痛VAS評(píng)分2分，左下肢痛VAS評(píng)分1分，左小腿后側(cè)和足底麻木較術(shù)前改善。臥床休息3 h后佩戴腰圍下床活動(dòng)，腰痛及左下肢痛無(wú)明顯加重。出院后定期隨訪。

3 討 論

隨著信息技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的深入研究和廣泛應(yīng)用，新的信息技術(shù)，如MR技術(shù)，在外科手術(shù)中的應(yīng)用迅速發(fā)展［13］。MR技術(shù)在手術(shù)中的應(yīng)用關(guān)鍵是將術(shù)中的真實(shí)組織和術(shù)前圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相互匹配與融合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維視覺定位和手術(shù)導(dǎo)航［14-16］。MR技術(shù)具有實(shí)時(shí)交互性和精確匹配性等優(yōu)點(diǎn)，已成為信息技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展前沿。復(fù)雜的人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)及骨盆/髖臼骨折，可利用MR技術(shù)進(jìn)行個(gè)體化手術(shù)設(shè)計(jì)，術(shù)中與患者實(shí)際情況進(jìn)行重疊交互，在直視下手術(shù)，大大提高了手術(shù)成功率［11，17］。此外，神經(jīng)外科手術(shù)對(duì)精準(zhǔn)程度要求高，MR技術(shù)能夠較好地重建三維圖像，與現(xiàn)實(shí)環(huán)境深度整合，能顯著縮短手術(shù)時(shí)間、提高定位準(zhǔn)確性和手術(shù)安全性［9，18-19］。陸續(xù)有文獻(xiàn)報(bào)道MR技術(shù)應(yīng)用于經(jīng)皮腎鏡手術(shù)、胸腔鏡手術(shù)中［20-22］，均獲得了較好的早期臨床療效。隨著脊柱內(nèi)窺鏡技術(shù)的進(jìn)步，PELD已經(jīng)成為治療LDH的首選方案［1-3，5］，與此同時(shí)，相關(guān)并發(fā)癥的報(bào)道也越來越多，特別是神經(jīng)損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥［4］。術(shù)前通過影像學(xué)資料確定病變“靶點(diǎn)”位置，設(shè)計(jì)手術(shù)路徑，確保術(shù)中按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施手術(shù)，做到“個(gè)性化”和“精準(zhǔn)”，是脊柱內(nèi)窺鏡手術(shù)成功的關(guān)鍵［5］。

傳統(tǒng)PELD術(shù)中采用C形臂X線機(jī)透視定位穿刺，依據(jù)透視結(jié)果或醫(yī)師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，逐步調(diào)整穿刺針位置直至目標(biāo)靶點(diǎn)。術(shù)中調(diào)整過程需要反復(fù)多次透視、穿刺。由于患者個(gè)體差異及病變“靶點(diǎn)”位置不同、病變類型多樣，對(duì)術(shù)者的空間思維能力和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要求。因此，PELD的學(xué)習(xí)曲線較為陡峭，初學(xué)者往往因缺乏良好的空間想象能力、臨床穿刺操作經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)脊柱解剖結(jié)構(gòu)的不熟悉、對(duì)體表標(biāo)志的觸覺反饋不敏感，導(dǎo)致定位穿刺困難。初學(xué)者手術(shù)操作時(shí)間延長(zhǎng)、反復(fù)多次透視和穿刺增加患者痛苦及醫(yī)患雙方的輻射暴露，增加硬膜囊及神經(jīng)根損傷風(fēng)險(xiǎn)［23-24］。MR技術(shù)通過術(shù)前收集患者影像學(xué)資料，利用信息技術(shù)重建脊柱、椎間盤、神經(jīng)等重要組織結(jié)構(gòu)并以三維虛擬模型的形式呈現(xiàn)出來，術(shù)者佩戴全息影像眼鏡可通過光學(xué)視覺系統(tǒng)將三維模型與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，并賦予坐標(biāo)空間，形成MR的空間效果。在MR技術(shù)引導(dǎo)下進(jìn)行手術(shù)操作，可保證對(duì)病變“靶點(diǎn)”部位進(jìn)行精準(zhǔn)處理，還可從不同角度對(duì)突出的椎間盤組織、神經(jīng)、硬膜囊及周圍骨性組織的位置關(guān)系進(jìn)行觀察，從而提高操作的準(zhǔn)確率，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。由于是基于MR技術(shù)引導(dǎo)的穿刺，術(shù)中僅需要在置管完成后采用C形臂X線機(jī)透視驗(yàn)證1次，減少了患者的痛苦和醫(yī)患雙方的輻射暴露劑量，也縮短了手術(shù)時(shí)間。

三維虛擬模型與術(shù)前、術(shù)中真實(shí)空間的匹配精確度提升是MR技術(shù)在脊柱內(nèi)窺鏡手術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。匹配精準(zhǔn)度的影響因素：①術(shù)前CT數(shù)據(jù)采集體位和術(shù)中體位不同引起的誤差。不同體位下，神經(jīng)根、硬膜囊、髓核的位置可能會(huì)有變化，采集CT數(shù)據(jù)時(shí)患者應(yīng)盡可能保持俯臥位（擬采用椎板間入路手術(shù)的患者）或側(cè)臥位（擬采用側(cè)方入路手術(shù)的患者），減少體位對(duì)三維重建模型的影響。②工程師將虛擬數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)整合時(shí)人為操作引起的誤差。目前整合數(shù)據(jù)仍需要人為操作，可能引起一定范圍的誤差；可在患者體表設(shè)定標(biāo)志點(diǎn)（至少3個(gè)），工程師采用計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行虛擬數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)的整合，以減少人為操作誤差。③術(shù)者實(shí)際操作和虛擬路徑之間的誤差。術(shù)者操作過程中可能不能完全吻合術(shù)前擬定的路徑，從而引起誤差，可考慮采用配備具有力反饋功能的操作桿，當(dāng)術(shù)者操作偏離虛擬路徑時(shí)可實(shí)時(shí)提醒術(shù)者進(jìn)行調(diào)整。

MR技術(shù)還可用于術(shù)前醫(yī)師與患者溝通，幫助患者更加形象地了解手術(shù)過程，消除患者及家屬的焦慮和疑惑，減少醫(yī)患矛盾和醫(yī)療糾紛發(fā)生的可能。目前，本研究組僅對(duì)MR技術(shù)在PELD中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索和嘗試，認(rèn)為MR技術(shù)輔助PELD具有個(gè)體化設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)手術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，安全、有效，在脊柱微創(chuàng)技術(shù)的個(gè)性化治療中具有良好的發(fā)展?jié)摿Γ磥磉€須增加樣本量和進(jìn)一步隨訪來驗(yàn)證和推廣。